Jordana Brewster est née à Panama City, au Panama, dans la famille d'un banquier d'investissement américain et d'une ancienne mannequin brésilienne, Maria João (née Leal de Souza). Après sa naissance, elle a vécu à Londres pendant six ans, jusqu'à ce qu'elle déménage dans la ville natale de sa mère, Rio de Janeiro, où elle a appris à parler couramment le portugais. C'est là qu'elle a attiré pour la première fois l'attention du public brésilien en interprétant le rôle d'une danseuse dans une émission pour enfants populaire. À l'âge de 10 ans, elle a déménagé à New York. Brewster a étudié au Convent of the Sacred Heart et a obtenu son diplôme de la Professional Children's School de New York. Elle s'est ensuite inscrite à l'université Yale, dont elle est diplômée en 2003. Son grand-père paternel, Kingman Brewster Jr., a été président de l'université Yale de 1963 à 1977.

Brewster a fait ses débuts avec un rôle épisodique dans le feuilleton quotidien « All My Children » en 1995. Peu après, elle a obtenu le rôle de Nikki Munson dans le feuilleton « As the World Turns », qui lui a valu en 1997 une nomination au prix du meilleur jeune acteur décerné par le « Soap Opera Digest ». Parallèlement à son travail dans le feuilleton, Brewster a étudié l'art dramatique et, en 1998, elle a fait ses débuts sur grand écran avec l'un des rôles principaux dans le thriller pour adolescents « The Faculty ». L'année suivante, elle est apparue dans la mini-série « The Sixties », a bientôt quitté le feuilleton, et en 2001, elle a joué aux côtés de Cameron Diaz dans le film « The Invisible Circus ».

Le rôle qui a fait décoller la carrière de Brewster est celui du film « Fast and Furious » en 2001, après quoi elle a régulièrement figuré en tête des classements des femmes les plus sexy du monde. L'intérêt supplémentaire de la presse pour Brewster à cette époque a été suscité par sa liaison avec Mark Wahlberg. Bien que le film ait connu un grand succès, elle a décidé de poursuivre ses études et n'est réapparue à l'écran qu'en 2004, dans la comédie ratée « D.E.B.S. ». Elle a ensuite joué le rôle principal dans le drame indépendant « Standing Still », puis est apparue en 2006 face à James Franco dans le film « Annapolis ». La même année, elle a tenu le rôle principal dans le film d'horreur « The Texas Chainsaw Massacre: The Beginning », le projet le plus rentable commercialement dans lequel elle tenait un rôle principal.

En 2007, Brewster a tenté de revenir à la télévision avec le rôle principal dans le pilote de « Mr. and Mrs. Smith » pour ABC, basé sur le film homonyme avec Angelina Jolie. Le pilote disposait d'un budget énorme, mais la chaîne a décidé de ne pas le commander pour une diffusion ultérieure. Brewster a ensuite été guest star dans plusieurs épisodes de la série « Chuck », puis est revenue à son rôle dans la franchise « Fast and Furious ». Elle a joué dans les films « Fast & Furious 4 » (2009), « Fast & Furious 5 » (2011), « Fast & Furious 6 » (2013) et « Fast & Furious 7 » (2015).